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  <title>大话存储，学习笔记（14章），-虚拟化 | dy2903的博客</title>
  






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          大话存储，学习笔记（14章），-虚拟化
        </h1>

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        <h2 id="操作系统对硬件的虚拟化"><a href="#操作系统对硬件的虚拟化" class="headerlink" title="操作系统对硬件的虚拟化"></a>操作系统对硬件的虚拟化</h2><blockquote>
<p><code>操作系统</code>：就是为其他<strong>程序</strong>提供编写和运行环境的<strong>程序</strong>。</p>
</blockquote>
<p>由程序来运行程序，而不是程序自己来运行，<strong>这是操作系统提供的虚拟化的表现</strong>。</p>
<p>加电之后，首先运行OS，随时可以载入其他程序执行。执行完以后切换回OS本身。</p>
<p>但是每次还是要等待这个程序执行完毕，才能接着载入下个程序执行。任何中断事件，都会中断正在运行的程序。</p>
<p>程序执行完毕，会将CPU归还给OS。从而继续OS本身的运行。这种操作系统就是<strong>单任务操作系统</strong>，典型代表就是DOS。</p>
<p>而批处理就是操作系统将多个程序一个一个的排列起来。省去了人为载入的过程。所以批处理操作系统相对单任务来说又进了一步，但是本质仍然是一个程序独占资源。</p>
<p>再后来操作系统针对系统时钟中断开发了中断服务程序，也就是<strong>多任务OS中的调度程序</strong>。</p>
<p>中断来临，CPU根据中断向量表的内容，指向调度程序所在的内存地址入口，执行调度程序的代码。<br>调度程序将CPU的执行跳转到各个应用程序所在的内存地址入口。</p>
<p>从微观上看，每个应用程序独占CPU，但是时间非常小10ms，从宏观上看就是同时执行多个任务。</p>
<p>多任务操作系统的关键就是有<strong>多任务调度程序。</strong><br><img src="http://upload-images.jianshu.io/upload_images/1323506-a91b1cc253c1c8a4.png?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240" alt="image.png"></p>
<h2 id="虚拟化的好处"><a href="#虚拟化的好处" class="headerlink" title="虚拟化的好处"></a>虚拟化的好处</h2><p>虚拟化的好处是，<strong>将下层复杂的逻辑转换为上层简单的逻辑</strong>，方便人类读懂。</p>
<p>其实整个计算机技术就是抽象、封装、虚拟、映射的过程。就连CPU也在想办法把功能封装到CPU的逻辑电路里面，从而出现了更多的指令集。1.6GHz的酷睿双核CPU性能比主频3GHz的奔腾4代CPU更高。</p>
<h2 id="计算机存储子系统的虚拟化"><a href="#计算机存储子系统的虚拟化" class="headerlink" title="计算机存储子系统的虚拟化"></a>计算机存储子系统的虚拟化</h2><p>存储子系统主要分为：</p>
<ul>
<li>磁盘</li>
<li>磁盘控制器</li>
<li>存储网络</li>
<li>磁盘阵列</li>
<li>卷管理层</li>
<li>目录虚拟层</li>
<li>文件系统虚拟层</li>
</ul>
<p>下面将介绍这些子系统如何进行抽象虚拟的。</p>
<h3 id="磁盘控制器的虚拟化"><a href="#磁盘控制器的虚拟化" class="headerlink" title="磁盘控制器的虚拟化"></a>磁盘控制器的虚拟化</h3><p><strong>控制器的工作</strong>就是根据驱动程序发来的磁盘读写信息，向磁盘发送<strong>SCSI指令</strong>和数据。</p>
<p>所以磁盘控制器完全可以对<strong>驱动程序</strong>隐藏下挂的物理磁盘。而虚拟出一个或者多个虚拟磁盘。RAID就是典型代表。控制器将物理磁盘组成RAID Group，然后在RG的基础上虚拟出多个LUN，通告给主机驱动。</p>
<h3 id="存储网络的虚拟化"><a href="#存储网络的虚拟化" class="headerlink" title="存储网络的虚拟化"></a>存储网络的虚拟化</h3><p>在交换式SAN中，任何节点都是通过交换设备来进行通信的，如果在交换节点上做些手脚，就可以达到虚拟化的效果。</p>
<p>我们可以在交换机上嵌入SCSI协议感知模块。，SCSI发起设备向目标设备传输的数据，经过交换机，会主动复制对应的帧到另一个节点的LUN上，形成镜像。若一个节点故障，则会将数据<strong>重定向</strong>到镜像的LUN上。</p>
<p>还可以将某些N节点的LUN合并成<strong>池</strong>，然后动态的从这个池中分出虚拟LUN</p>
<h3 id="磁盘阵列的虚拟化"><a href="#磁盘阵列的虚拟化" class="headerlink" title="磁盘阵列的虚拟化"></a>磁盘阵列的虚拟化</h3><p>磁盘阵列本来就是一个小计算机系统，是对存储子系统的抽象虚拟化最佳表现。</p>
<p>何为磁盘阵列，指的是将大量磁盘进行组织管理，抽象虚拟成<strong>逻辑磁盘</strong>。通过和主机适配器通信，呈现给主机。</p>
<p>盘阵控制器的角色都是不直接参与连接每块磁盘，而是利用后端适配器来管理下挂的磁盘</p>
<blockquote>
<p>适配器就是中心控制器驱动的二级磁盘控制器。作为中心CPU的IO适配器，直接控制和管理物理磁盘，然后由中心控制器统一实现RAID、卷管理等功能。</p>
</blockquote>
<p>后端适配器与中心控制器CPU之间通过PCIX总线等连接。</p>
<p>中心控制器不但可以实现最基本的RAID功能，还可以实现<strong>LUN镜像、快照、远程复制、CDP数据保护、LUN再分配等。</strong></p>
<h3 id="卷管理层"><a href="#卷管理层" class="headerlink" title="卷管理层"></a>卷管理层</h3><p>运行在<strong>应用主机</strong>上的功能模块，对底层的物理磁盘或者LUN搜集再分配。</p>
<p>对盘阵控制器虚拟化之后的LUN再<strong>虚拟化</strong>，</p>
<ul>
<li><p>比如进行镜像处理，</p>
</li>
<li><p>或者对其中的多个LUN做成软RAID 。</p>
</li>
<li><p>再或者将所有的LUN合并形成资源池。</p>
</li>
</ul>
<p>然后掰成多个<strong>卷</strong>。</p>
<h3 id="文件系统"><a href="#文件系统" class="headerlink" title="文件系统"></a>文件系统</h3><p>SAN存储解决的是怎么记录的问题，文件系统解决的是怎么组织磁盘的数据</p>
<blockquote>
<p>需要在相应的地方做标记，通过一个链表一次一次指引找出完整的数据。</p>
</blockquote>
<p>把链表单独做成一个记录，放在固定的位置，可以通过表找出一条数据在磁盘上的完整分布。利用这种思想做出来的文件系统，比如FAT文件系统，把每个完整数据称为<strong>文件</strong>。</p>
<blockquote>
<p>文件分配表：FAT , File Allocate Table文件可以在磁盘不连续的存放，由单独数据结构来描述文件在磁盘的分布，</p>
</blockquote>
<blockquote>
<p>NTFS：给出文件在磁盘上的具体扇区，利用“开始——结束”这样的结构来描述文件的分布情况。</p>
</blockquote>
<p>文件系统将磁盘抽象成了文件柜，同一份文件放在柜子的不同抽屉，利用<code>元数据</code> 来记录“文件——对应抽屉” 的分布情况。</p>
<blockquote>
<p>描述其他文件分布情况及属性的文件，<code>元文件Metadata</code></p>
</blockquote>
<p>文件系统是对磁盘块的虚拟、抽象、组织和管理。只需要访问文件，就等于访问了扇区。</p>
<h3 id="目录虚拟层"><a href="#目录虚拟层" class="headerlink" title="目录虚拟层"></a>目录虚拟层</h3><p>操作系统中有一个虚拟目录结构，在linux中叫VFS。–</p>
<p>虚拟文件系统，也就是说文件系统的目录不是真实的，任何的文件系统可以挂在目录下。成为虚拟目录的子目录，可以增强灵活性。</p>
<p>其次，OS外部设备虚拟成一个虚拟文件，比如卷。/dev/hda</p>
<blockquote>
<p>磁盘——控制器——存储网络——总线适配器——卷管理层——文件系统——虚拟目录层和最终应用层</p>
</blockquote>
<p><img src="http://upload-images.jianshu.io/upload_images/1323506-222c51bc71ed8292.png?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240" alt="image.png"></p>
<h2 id="带内虚拟化和带虚拟化"><a href="#带内虚拟化和带虚拟化" class="headerlink" title="带内虚拟化和带虚拟化"></a>带内虚拟化和带虚拟化</h2><ul>
<li><p>带内 InBand ：控制指令和数据包走同一路线，所谓<strong>控制指令</strong>指的是控制数据流向的数据，如IP路由协议产生的数据包，它也是利用实际数据线路进行传输。</p>
</li>
<li><p>带外 OutBand：控制指令走单独的路线。</p>
</li>
</ul>
<p>带外和带内虚拟化：</p>
<ul>
<li><p>带内虚拟化：进行虚拟化的设备直接横在发起者和目标路径之间，也就是串在同一路径上，作为一个“泵”</p>
</li>
<li><p>带外虚拟化：旁路，用这条路径来走控制信号，而实际数据还是由发起者直接走向目标。发起者必须先咨询旁路的虚拟化设备，经过提示之后，才根据虚拟化设备的指示直接向目标请求数据</p>
</li>
</ul>
<h2 id="硬网络与软网络"><a href="#硬网络与软网络" class="headerlink" title="硬网络与软网络"></a>硬网络与软网络</h2><h3 id="硬网络"><a href="#硬网络" class="headerlink" title="硬网络"></a>硬网络</h3><p>硬件网络设备其功能还是靠软件来实现的，特别是路由设备，本质是一台Server，上面运行着处理数据包的程序。</p>
<p>所以硬件<strong>网络环境</strong>实际上是用一部分PC充当网络硬件设备，其他PC利用网络设备的PC实现通信</p>
<h3 id="软件网络程序"><a href="#软件网络程序" class="headerlink" title="软件网络程序"></a>软件网络程序</h3><p>message queue和Message Broker在硬件网络设备 的基础上，模拟出一个纯软件的网络转发引擎。</p>
<blockquote>
<p>MQ：消息转发器。客户端通过TCP/IP与之相连，将消息转发到这个转发器上，然后根据策略将消息转发到其他客户端上。类似于交换机，不过MQ的链路层由TCP/IP来充当</p>
</blockquote>
<blockquote>
<p>MB：应用逻辑转发引擎。应用层次的转发，类似邮件服务器。只不过可转发各种格式的数据包。</p>
</blockquote>
<p><img src="http://upload-images.jianshu.io/upload_images/1323506-171f4c7221a33025.png?imageMogr2/auto-orient/strip%7CimageView2/2/w/1240" alt="image.png"></p>
<h2 id="多虚一"><a href="#多虚一" class="headerlink" title="多虚一"></a>多虚一</h2><h2 id="HPC"><a href="#HPC" class="headerlink" title="HPC"></a>HPC</h2><p>HPC主要分为两类：</p>
<ul>
<li><p>CPU密集运算：专门用来计算数据，称为计算节点</p>
</li>
<li><p>IO密集运算：专门用来存储计算过程中所需要提取或者存放的数据，称为存储节点</p>
</li>
</ul>
<p>计算节点看做CPU和内存，存储节点看做硬盘。对独立的PC，CPU内存与硬盘的连接为高速IO总线，如PCIe</p>
<p>但是对HPC ，有些利用Infiniband有些利用以太网。前者一般适用于IO密集运算，后者用于CPU密集运算。</p>
<h2 id="Web-APP-db"><a href="#Web-APP-db" class="headerlink" title="Web + APP + db"></a>Web + APP + db</h2><p>客户端通过Web服务器获得网页，应用逻辑由APP服务器处理。最后通过Web服务器进行展现。</p>
<p>可以把Web看做显示终端，APP看做CPU和内存，将DB看做硬盘</p>
<h2 id="一虚多"><a href="#一虚多" class="headerlink" title="一虚多"></a>一虚多</h2><blockquote>
<p>计算虚拟化：模拟硬件系统，将程序对这个硬件系统CPU发送的指令经过处理之后，加以虚拟传到物理CPU上。比如Vmware的ESX </p>
</blockquote>
<h2 id="用磁盘阵列来虚拟磁带库"><a href="#用磁盘阵列来虚拟磁带库" class="headerlink" title="用磁盘阵列来虚拟磁带库"></a>用磁盘阵列来虚拟磁带库</h2><blockquote>
<p>VTL,Virtual Tape Lib </p>
</blockquote>
<p>要提高磁带库的速度，只能多个驱动器同时工作，成本高。</p>
<p><strong>VTL使用磁盘来存储数据而不是磁带，虚拟出机械手、磁带驱动器、磁带</strong></p>

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